Influences of Viscosity and Temperature Variations Across the Thin Lubricant Layer on the Cylindrical Slide Bearing Parameters

• Autorzy: Wierzcholski Krzysztof , Miszczak Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0797

Warianty tytułu

PL

Wpływ zmian lepkości i temperatury w poprzek cienkiej warstwy smaru na parametry walcowych łożysk ślizgowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article analyses changes in apparent viscosity and temperature across the thickness of the lubricating non-Newtonian liquid layer and determines the influence of these variations on the hydrodynamic pressure, temperature, and load-carrying capacity of monotone rotational cylindrical bearing surfaces. To this end the authors identify particular semi-analytical recurrent solutions of a strongly non-linear, secondorder partial differential system of five equations with variable coefficients in cylindrical coordinates and impose proper boundary conditions on it. Scientific calculations for cylindrical bearings referring to changes in temperature and viscosity across the thickness of the lubricating film imply significant average ten and fifty percent variations in the load-carrying capacity compared to the results obtained from classical calculations in contemporary scientific literature, where the temperature and oil dynamic viscosity are assumed constant across the film thickness. Moreover, the load-carrying capacity values obtained based on semi-analytical calculations for temperature and viscosity gradient variations across the thin film layer differ by only two or three percent, compared to the corresponding experimental values measured at several points of measurement in real cylindrical journal bearings. This fact confirms the correctness of the new calculations performed for cylindrical journal bearings.

PL

Celem niniejszej pracy są zmiany lepkości pozornej i temperatury w poprzek cienkiej, nienewtonowskiej warstewki cieczy smarującej oraz wyznaczenie wpływu tych zmian na ciśnienie hydrodynamiczne, nośność i temperaturę cylindrycznych, obrotowych powierzchni w łożyskach ślizgowych. Powyższy cel narzuca konieczność wyznaczenia semi-analitycznych rekurencyjnych rozwiązań silnie nieliniowego układu pięciu równań różniczkowych cząstkowych rzędu drugiego o zmiennych współczynnikach we współrzędnych cylindrycznych wraz z nałożeniem na te rozwiązania odpowiednich warunków brzegowych. Wysiłek obliczeń naukowych dla powierzchni walcowych dotyczący zmian temperatury i lepkości w poprzek grubości filmu smarującego implikuje istotne średnio 10- i 50-procentowe zmiany nośności łożyska w porównaniu z wynikami uzyskanymi w obliczeniach klasycznych współczesnej literatury, gdzie temperatura oraz lepkość dynamiczna oleju jest przyjmowana jako stała w poprzek grubości filmu. Ponadto wartość nośności otrzymana w niniejszej pracy na mocy obliczeń analitycznych dla zmian lepkości i temperatury w poprzek grubości filmu różni się zaledwie o dwa lub trzy procent w porównaniu z odpowiednimi eksperymentalnymi wartościami mierzonymi co najmniej w kilku punktach pomiarowych w rzeczywistych łożyskach cylindrycznych. Ten fakt jest dobrym potwierdzeniem poprawności dla przeprowadzonych nowych obliczeń dla łożysk walcowych.

Słowa kluczowe

EN

cylindrical surface; slide journal bearing; non-isothermal lubrication; 3D oil temperature change; 3D oil viscosity change; numerical calculation; load carrying capacity; comparison of result

PL

cylindryczna powierzchnia; łożysko ślizgowe; nieizotermiczne smarowanie; zmiana temperatury oleju 3D; zmiana lepkości oleju 3D; siła nośna; numeryczne obliczanie; porównanie wyniku

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 1
• Strony: 87--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Wierzcholski Krzysztof

• WSG Bydgoszcz University, ul. Garbary 2, PL 85-229 Bydgoszcz, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9074-4200

autor

Miszczak Andrzej

• Gdynia Maritime University, ul. Morska 81-87, PL 81-225 Gdynia, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2747-7904

Bibliografia

• 1. Bair S.: Generalized Newtonian viscosity functions for hydrodynamic lubrication, Tribology International, 117, 2018, pp. 15−23.
• 2. Han T., Paranjpe R. S.: A Finite Volume Analysis of the Thermo-hydrodynamic Performance of Finite Journal Bearings, Journal of Tribology, 112 (3), 1990, pp. 557−565.
• 3. Hannon W. M., Braun M. J., Hariharan S. I.: Generalized Universal Reynolds Equation for Variable Properties Fluid-Film Lubrication and Variable Geometry Self-Acting Bearings, Tribology Transactions, 47 (2), 2004, pp. 171−181.
• 4. Dowson D.: A generalized Reynolds equation for fluid film lubrication, International Journal of Mechanical Sciences, 4 (2), 1962, pp. 159−170.
• 5. Khonsari M. M., Beaman J. J.: Thermohydrodynamic Analysis of Laminar Incompressible Journal Bearings, A S L E Transactions, 29 (2), 1986, pp. 141−150.
• 6. Miszczak A.: An Analysis of ferro-thermo-hydrodynamic lubrication of slide journal bearings, Sci. Foundation in Gdynia Maritime University, Gdynia, 2006 (in Polish).
• 7. Walicki E.: Viscous fluid flow in slots of thrust bearings, ATR Press, Bydgoszcz, 1977.
• 8. Wierzcholski K., Miszczak A.: Electro-magneto-hydrodynamic lubrication, Open Physics, 16, 2018, pp. 1–7.
• 9. Wierzcholski K.: Comparison Between Impulsive and Periodic Non Newtonian Lubrication of Human Hip Joint, Engineering Transaction, 53, 2005, pp. 69–114.
• 10. Wierzcholski K.: The method of solutions for hydrodynamic lubrication by synovial fluid flow in human joint gap, Control and Cybernetics, Vol. 31 No. 1, 2002, pp. 91– 116.
• 11. Ralston A.: A First Course in Numerical Analysis, McGraw Hill Book Company,Toronto, 1965.
• 12. Wierzcholski K.: Applications of Summation and Recurrence Equations, Lambert, Academic Publishing Company, Saarbrücken, 2014.
• 13. Knopp K.: Theorie und Anwendung der Unendlichen Reihen, Springer, Berlin, 1964.